擴(kuò)散型固態(tài)相變動力學(xué)與熱力學(xué)研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TG151西北工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文擴(kuò)散型固態(tài)相變動力學(xué)與熱力學(xué)研究擴(kuò)散型固態(tài)相變動力學(xué)與熱力學(xué)研究博士研博士研究生：生：宋韶杰導(dǎo)師：師：劉峰教授申請學(xué)位級別：申請學(xué)位級別：博士學(xué)科、?？?、專業(yè)：業(yè)：材料加工工程所在單位：位：材料學(xué)院答辯日期：期：2014年12月授予學(xué)位單位：授予學(xué)位單位：西北工業(yè)大學(xué)摘要I摘要擴(kuò)散型固態(tài)相變動力學(xué)與熱力學(xué)研究屬于材料科學(xué)與加工領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)理論研究，其形核和生長過程直接決定著材料的最

2、終結(jié)構(gòu)與性能。在現(xiàn)今復(fù)雜的材料相變過程中，傳統(tǒng)經(jīng)典理論的應(yīng)用存在著諸多矛盾和偏離。因而，實(shí)現(xiàn)固態(tài)相變熱力學(xué)、動力學(xué)甚至力學(xué)之間交互作用的精確理論描述，不僅意味著微觀結(jié)構(gòu)形成機(jī)制的精確洞察，還意味著材料新結(jié)構(gòu)與新性能的開發(fā)，具有極為深遠(yuǎn)的科學(xué)和實(shí)際意義。本論文以非晶態(tài)合金晶化、過飽和AlSi合金Si的析出以及純Fe或Fe基合金γα相變?nèi)齻€典型的擴(kuò)散型形核生長類固態(tài)相變?yōu)檠芯繉ο螅瑥墓胶唵蔚臉O端非平衡忽略熱力學(xué)因素影響的純動力學(xué)過程入手，

3、到遵循熱力學(xué)局域平衡的純擴(kuò)散控制生長動力學(xué)過程，再到考慮熱力學(xué)因素近平衡條件下的相變過程，通過逐步松弛傳統(tǒng)動力學(xué)理論模型假設(shè)，并進(jìn)一步耦合化學(xué)和機(jī)械驅(qū)動力等熱力學(xué)因素，建立一套包括從轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)和最大轉(zhuǎn)變速率分析中確定相變動力學(xué)機(jī)制的方法、各向異性生長理論以及同軟碰撞的交互、擴(kuò)散控制相變可加性原理和等動力學(xué)概念的擴(kuò)展、轉(zhuǎn)變固有錯配應(yīng)變及擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)變彈塑性調(diào)節(jié)同界面控制相變和混合模式控制相變的交互等理論體系，旨在將擴(kuò)散型形核生長類固態(tài)相變推向

4、更深的理論層次。本文主要結(jié)論如下：（1）基于固態(tài)相變動力學(xué)解析模型，對等溫和非等溫相變過程中轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)和轉(zhuǎn)變速率峰值進(jìn)行了分析研究。借助動力學(xué)參數(shù)如Avrami指數(shù)n和總有效激活能Q同溫度T或轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)f的演化規(guī)律，提出了能夠直接從轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)和轉(zhuǎn)變峰值分析中確定相變形核、生長和碰撞方式以及相關(guān)動力學(xué)參數(shù)的技巧和方法。包括基于等動力學(xué)和可加性原理的非等溫相變向等溫相變的轉(zhuǎn)化以及單獨(dú)的形核和生長激活能的確定。這些方法成功用于評價(jià)DSC測量得到的非

5、晶MgCuY等溫晶化和非晶PdNiPCu等時晶化的動力學(xué)機(jī)制等信息。（2）基于經(jīng)典JMAK(JohnsonMehlAvramiKolmogov)理論對形核生長過程的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，對隨機(jī)取向各向異性顆粒生長過程中所遭遇的阻礙效應(yīng)進(jìn)行了隨機(jī)分析，解析給出了顆粒遭遇1次阻礙、k次阻礙以及無窮多次阻礙的固態(tài)相變動力學(xué)解析模型。首次證明傳統(tǒng)唯象碰撞模型111[1(1)]efx????????僅僅對應(yīng)于各向異性顆粒遭遇無窮多次阻礙這一極端情況，并成功